基于pH值测试的酸雨作用红粘土影响深度试验方法

技术领域

本发明所属技术领域为土建工程领域，特别涉及一种基于pH值测试的酸雨作用红粘土影响深度试验方法。

背景技术

红粘土，其粘土矿物颗粒极细，粘土矿物之间常以静力向吸引，呈面——面、边——面结合的方式，形成团粒结构，团粒内的微细孔隙常为吸附水所填充。粘土矿物具有稳定的结晶格架，细粒组结成稳固的团粒结构，这种“团结”作用，提高了土体的强度。含量不多的游离氧化物，对红粘土的力学性质影响很大。红粘土土体与水之间水化学作用（离子交换、氧化还原等）是溶解土体的矿物成分、胶结物或使某些成分结晶沉淀，导致土的孔隙率、土颗粒排列方式等微观结构发生变化，改变土质性状，使土体天然的强度和变形特性发生变化的原因。但在渗水条件下，由于游离氧化铁的流逝使得胶结作用减弱，对红粘土的工程性质的影响明显。渗流对红粘土中的游离氧化物有溶解作用，进而破坏原团粒之间的胶结，影响红粘土的物理力学性质。在酸雨的作用下，红粘土工程地质性质发生改变，致使其含水性、可塑性和压缩性增大，密实性、抗剪强度和承载力降低。造成这种不良影响的机理主要是：酸雨对红粘土中难溶盐颗粒的溶解，使土体粒径变小，比表面积增大，使其含水性、可塑性和压缩性增大；酸雨对土体胶结物的溶蚀，使土体原有结构发生破坏，从而降低土体的抗剪强度；酸雨使土体产生离子交换作用，改变了土粒原有双电层结构，致使土体的工程地质性质发生改变。

为了研究酸雨作用红粘土的影响深度，现在常用的方法是在室外土体中埋管以收集酸雨淋溶水，还要将试验区域土体围住防止侧向流失，这样的试验虽能反映土体的实际情况，但是研究过程过于冗长，工作量大，需要投入大量的人力物力。因此，希望建立室内的试验方法以克服现场试验的缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于pH值测试的酸雨作用红粘土影响深度试验方法。该试验方法需要借助一种非饱和土体淋溶及渗流场模拟装置来完成。

具体步骤为：

(1)设置一种非饱和土体淋溶及渗流场模拟装置，包括淋溶液存储器、淋溶器、土体淋溶模拟器和底液收集器，淋溶液存储器置于高于淋溶器的侧面方向，淋溶液存储器底部通过带流量控制阀的淋溶液导管连接至淋溶器；淋溶器和土体淋溶模拟器为等直径的圆柱形结构，且淋溶器架设于土体淋溶模拟器之上；底液收集器置于土体淋溶模拟器之下，以收集淋出液。

所述淋溶器包括电机、环形散水和降雨模拟器，电机通过转轴带动降雨模拟器转动，降雨模拟器为布满小孔的圆形薄板，降雨模拟器外侧配置防漏橡胶圈。

所述土体淋溶模拟器为两片半圆拱拼接而成的空心圆柱体，通过机械结构加以固紧并填筑防水胶以防止漏水；每片半圆拱侧面设置纵向等距可封闭侧排水孔；土体淋溶模拟器顶部设置置土口，用以在适当的时候添加土体或观察淋溶液情况；土体淋溶模拟器底部设置土体渗透支撑底座，采用带均布孔洞的圆盘以支撑试验红粘土体。

所述底液收集器采用圆柱形设计，通过螺口与土体模拟器底端连接。

(2)将步骤(1)所述模拟装置按照以下方法进行试验：酸雨装于淋溶液存储器置于高于淋溶器的侧面方向，淋溶液存储器底部开孔，酸雨通过带流量控制阀的淋溶液导管进入淋溶器的环形散水，经环形散水进行缓冲，以控制酸雨冲力均匀地流入淋溶器中在自重作用下穿过由电机带动转动的降雨模拟器，形成持续均匀的模拟酸雨降雨，酸雨降至淋溶器下部的土体淋溶模拟器中的试验红粘土体上；在土体淋溶模拟器侧面设置的可封闭的侧排水孔收集不同深度的侧向酸雨淋溶液，测试其pH值以了解酸雨作用红粘土影响深度；土体淋溶模拟器底部采用土体渗透支撑底座对试验红粘土体进行支撑，其采用带均布孔洞的圆盘以使淋出液根据测试需要可从土体渗透支撑底座渗透流出；土体淋溶模拟器下设底液收集器，在封闭了侧排水孔后，酸雨淋出液通过土体渗透支撑底座到达底液收集器，从而可以测量淋出液的pH值以了解酸雨作用红粘土影响深度。

与传统的试验方法不同，本发明使用非饱和土体淋溶及渗流场模拟装置进行室内试验，具有如下优点：

(1)本发明使用的模拟装置结构简单，易于维护，模块化设计，可轻松更换淋溶溶液及实验土体，可满足重复试验的要求，节省人力物力。

(2)本发明使用方便，环保节能，由于采用双片式空心圆柱机构，对于已完成的土体试验，仅需打开环形紧固装置，取出并更换土体淋溶模拟器中的土体，使用方便，且仪器除电机采用电池供电外无其他能耗，环保节能。

(3)数据较准确，采用可封闭的侧排水孔和底液收集装置方便了对不同层位土体的淋出液pH值进行测试，并能够模拟非饱和红粘土渗流场情况，从而取得较准确和全面的数据。

附图说明

图1为本发明所用装置连接示意图。

图2为本发明所用装置中降雨模拟器和防漏橡胶圈示意图。

图中标记：1-淋溶液存储器；2-淋溶液导管；3-流量控制阀；4-电机；5-环形散水；6-淋溶器；7-降雨模拟器；8-防漏橡胶圈；9-土体淋溶模拟器；10-置土口；11-侧排水孔；12-土体渗透支撑底座；13-底液收集器；14-试验红粘土体。

具体实施方式

实施例:

(1)设置一种非饱和土体淋溶及渗流场模拟装置，包括淋溶液存储器、淋溶器、土体淋溶模拟器和底液收集器，淋溶液存储器置于高于淋溶器的侧面方向，淋溶液存储器底部通过带流量控制阀的淋溶液导管连接至淋溶器；淋溶器和土体淋溶模拟器为等直径的圆柱形结构，且淋溶器架设于土体淋溶模拟器之上；底液收集器置于土体淋溶模拟器之下，以收集淋出液。

所述淋溶器包括淋电机、环形散水和降雨模拟器，电机通过转轴带动降雨模拟器转动，降雨模拟器为布满小孔的圆形薄板，降雨模拟器外侧配置防漏橡胶圈。

所述土体淋溶模拟器为两片半圆拱拼接而成的空心圆柱体，通过机械结构加以固紧并填筑防水胶以防止漏水；每片半圆拱侧面设置纵向等距可封闭侧排水孔；土体淋溶模拟器顶部设置置土口，用以在适当的时候添加土体或观察淋溶液情况；土体淋溶模拟器底部设置土体渗透支撑底座，采用带均布孔洞的圆盘以支撑试验红粘土体。

所述底液收集器采用圆柱形设计，通过螺口与土体模拟器底端连接。

(2)将步骤(1)所述模拟装置按照以下原理进行试验：酸雨装于淋溶液存储器置于高于淋溶器的侧面方向，淋溶液存储器底部开孔，酸雨通过带流量控制阀的淋溶液导管进入淋溶器的环形散水，经环形散水进行缓冲，以控制酸雨冲力均匀地流入淋溶器中在自重作用下穿过由电机带动转动的降雨模拟器，形成持续均匀的模拟酸雨降雨，酸雨降至淋溶器下部的土体淋溶模拟器中的试验红粘土体上；在土体淋溶模拟器侧面设置的可封闭的侧排水孔收集不同深度的侧向酸雨淋溶液，测试其pH值以了解酸雨作用红粘土影响深度；土体淋溶模拟器底部采用土体渗透支撑底座对试验红粘土体进行支撑，其采用带均布孔洞的圆盘以使淋出液根据测试需要可从土体渗透支撑底座渗透流出；土体淋溶模拟器下设底液收集器，在封闭了侧排水孔后，酸雨淋出液通过土体渗透支撑底座到达底液收集器，从而可以通过测量淋出液的pH值以了解酸雨作用红粘土影响深度。